摘要：为解决太阳直接辐射测量过程中跟踪装置导致的全年测量均匀性难以保证的关键问题、实现无需跟踪的太阳直接辐射全季全纬度均匀测量,提出了一种用于太阳直接辐射测量的自由曲面反射镜优化设计方法。分析了全球太阳直接辐射角度变化规律,建立了自由曲面反射镜初始结构模型;构建了时空尺度下辐照度均匀性(RFUS)评价函数,建立了二分进化与无余变长机制,提出了基于进化策略的自由曲面反射镜优化方法;以地球全纬度地区太阳直接辐射均匀测量为目标,迭代优化并仿真分析了染色体细分参量分别为3°,1°,0.5°,0.25°的4种代表性自由曲面反射镜面型。结果表明:染色体细分参量为0.25°时RFUS最优,为92.36%;搭建反射光斑中心位置及RFUS验证实验,所提方法得到的光斑中心最大直线距离约为1.5 mm,RFUS为90.34%,该方法可实现全时空太阳直接辐射均匀测量,为后续太阳辐射测量领域新产品和新应用提供理论基础和技术支持。

摘要：针对用于地球静止轨道卫星的遥感面阵快照式成像光谱仪传输数据量过大引起的数据传输困难、信号采集处理时间长的问题,利用地球静止轨道平台可以长期驻留固定区域上空的特点,提出采用压缩感知的大口径宽谱段快照式光谱仪方案,对其光学系统结构进行设计,并对相关参数进行了计算。物镜采用同轴三反式无焦系统,用分色片对系统分光,经过对各系统进行优化处理,最终获得了幅宽为400 km×400 km,可见光地面像元分辨率为50 m、中波红外地面像元分辨率为400 m、长波红外地面像元分辨率为625 m的光学系统。该设计中,可见光路在78.125 lp/mm的MTF高于0.455,中波红外的光谱分辨率为光路在33.3 lp/mm处的MTF高于0.518,长波红外光路在20.8 lp/mm处的MTF高于0.498;可见光光谱分辨率为20 nm、中波红外的光谱分辨率为50 nm、长波红外的光谱分辨率为150 nm;可见光路二级光谱小于0.05 mm,设计结果具有良好的成像质量,各部分光学系统成像质量接近衍射极限,设计结果满足应用和指标需求。

摘要：静态目标模拟器专用于飞行器视觉空间定位相机的标定,在模拟环境中为相机提供准确的模拟目标,而目标靶作为目标模拟器的核心组件其精度决定了相机的标定水平。构建目标靶标定环境下的理论模型,通过对目标靶Z向变形量h与两点位置精度?δ'ij的几何关系推导,确定了满足相机标定精度的h值。以计算结果为目标参数,应用Ansys软件对目标靶进行结构优化,并给出了最优结果,最后采用优化参数再建模得到了目标靶标定条件下h=5.5μm小于理论值14μm,验证了对目标靶结构优化的正确性。

摘要：增强现实(augmented reality,AR)系统是一种将虚拟影像叠加到现实环境的显示系统,光波导是AR显示系统的核心元件,可以实现系统的微型化与轻量化。光波导耦合元件衍射效率的高低极大地影响AR显示系统的成像质量,为提高AR显示系统中耦合元件的衍射效率,该文提出了一种多层光栅叠加的波导结构,基于矢量衍射理论,采用严格耦合波分析法对光栅进行仿真分析。仿真结果显示:单层倾斜光栅的平均衍射效率在50°视场角范围内达到60%,3层光栅叠加的波导结构平均衍射效率达到85%以上,较单层光栅衍射效率提高了25%。分析结果表明,多层光栅叠加的波导结构可以实现更大的视场角与衍射效率,使AR显示系统具有更清晰的视场。

摘要：为了满足太赫兹高分辨检测及实时处理需求,利用光电导天线产生和探测太赫兹时域光谱信号,基于现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)实现太赫兹时域光谱的采集、维纳滤波反卷积处理、传输和上位机显示等功能。将采集到的太赫兹时域光谱数据进行维纳滤波反卷积处理,实现还原太赫兹信号、提高时间分辨率以及降噪的效果,将数据由以太网传输的方式传输到上位机进行实时显示,针对实际检测中太赫兹信号反卷积后脉宽较宽,提出在维纳滤波反卷积算法中引入与频率相关的函数对算法进行优化,使信号的脉宽变窄,提高检测精度。优化的维纳滤波反卷积算法处理结果相比于原始算法信噪比增加7 dB,脉宽降低0.2 ps,实现更高的检测分辨能力,算法在FPGA中实现,精度误差小于0.7%,处理效率提升14.29倍,并且减少后期上位机处理时间。

摘要：为了实现对光纤光栅回波光谱分布的控制,利用传输矩阵法构建了分段调制折射率的数学模型。通过在各个分段中以不同形式的折射率调制组合实现对回波光谱分布的控制,研究了基于不同折射率分布条件下的谱形特性,为实现获取任意形态的Bragg光谱分布提供了理论支撑。系统结合耦合模理论与矩阵传输算法,当分段后子光纤光栅尺寸符合边界条件时,即仍可应用耦合模理论计算,同时又可以将多段的耦合方程以正、反向模式的形式通过矩阵函数进行表达。由此可知,虽然任意折射率调制组合构成的整个光纤光栅不具备通解形式,但分段后的子光纤光栅具有可解析的特性,同时再利用矩阵传输算法可以将m段子光纤光栅的正反向模式进行计算,就能将任意形式光纤光栅的折射率调制函数转化为传输矩阵组,再对其反射率分布场进行解析。最终,可以得到整个光纤光栅的等效正、反模式,即实现回波光谱分布的控制。由理论部分可知,回波光谱分布特性主要受正反向导模耦合系数、纤芯位置、分段数决定,可由^σ(z)和k(z)表示。通过MATLAB仿真分析可知,两参数在(0,1)范围内对反射率函数具有明显的调制作用。随着控制参数阶数的增大,反射率调制斜率也会增大;当k(0. 38,0. 48),^σ(0. 52,0. 58)时,反射率调制符合单调特性。从而得到了不同控制参数条件下反射率函数的分布变化,讨论了耦合系数对回波谱形控制的量化效果。实验利用AVESTA公司的Ti:Sapphire飞秒激光器完成了四种不同结构光纤光栅的制作,采用了四种折射率分段调制的FBG结构,分别是:(1)在m段中Λ1和Λ2交替均匀分布;(2)在m/2段中Λ1和Λ2交替均匀分布,其余段随机分布;(3)在m/2段中Λ1和Λ2随机分布,其余段也随机分布;(4)在整个光纤光栅段折射率随机分布。对以上四种FBG的回波光谱分布进行测试与比较,可知采用分段折射率调制对Bragg光谱特性的作用效果。实验结果显示:当以矩阵组形式的FBG若在m段分布时,则与传统串联型均匀FBG测试效果一致,具有两个明显的Bragg特征峰;而矩阵组在m/2段中分布时,测试光谱仍能明显获取折射率调制特征信息,即存在两个Bragg特征峰,但峰峰值减小,噪声谱增大,半宽变窄。同时,相比交替模式而言,随机分布形式此种变化趋势更为明显。由此可见,通过控制矩阵组分布对回波谱形中特征峰值、半宽及功率谱进行调制。该方法在预先设计折射率调制矩阵的条件下,可以对Bragg光谱分布进行精确控制,实现目标回波谱形的获取。

摘要：为了解决太阳模拟器辐照均匀度普遍较低的问题,根据太阳模拟器的工作原理,建立了变系数椭球聚光系统。通过将传统椭球面方程进行泰勒展开后得到高阶方程,再通过演变得到了一种变系数的椭球面方程。通过调整变系数椭球面方程的系数,得到最佳的变系数椭球面方程。通过MATLAB分别仿真变系数椭球镜和传统椭球镜的第二焦面处的能量,将两者进行对比。使用LIGHTTOOLS软件仿真传统椭球镜和变系数的椭球聚光镜光学系统。仿真结果表明:变系数椭球镜第二焦面的均匀度比传统椭球镜的好,变系数椭球镜的辐照面均匀度要比传统椭球镜的辐照面均匀度高3.91%,基本满足太阳模拟器的高辐照均匀度要求。

摘要：设计了一种空心发光椭球形紫外地球模拟器光学系统，其中，球体的一半被紫外光源照亮，另一半球不被照亮。通过控制紫外LED灯组合成多个LED组元和灯阵实现工作谱段范围内球表面发光亮度在0．2～1．2W／（sr·m2）可调，发光表面亮度不均匀性优于20％，使用该系统模拟不同太阳亮度时“地相”的几何特征、辐射特性。介绍了地球模拟器的组成和工作原理，利用光学分析软件Lighttools对地球模拟器的辐射亮度不均匀性进行了仿真分析，并利用有限元分析软件Ansys对高轨紫外地球模拟器光机结构在0℃--45℃的变形进行具体分析。结果表明，球体表面亮度不均匀性为9．5％，辐亮度的最大平均值为1．42W／（sr·m2），且光机结构的温度变形量很微小，满足设计要求。

摘要：在装配过程中因工件不同摆放方式或夹持方式造成表面形变,为了减小其引起基准点、对接位置等的偏差,采用光纤光栅传感器应变检测方法,设计了基于光纤布喇格光栅(FBG)的3维应变场实时监测系统。通过正交结构FBG应变片组实时监测工件的应变场分布变化,并利用ANSYS仿真分析了工件受力后表面形变偏移量分布。结果表明,仿真分析与视觉检测绝对误差为0.72mm,应变检测与视觉检测结果的绝对误差为0.52mm,均在误差范围内;对比仿真结果、应变检测结果和视觉检测结果,样本偏差为0.19mm。通过建立3维应变场与工件形变偏移量之间关系,实现了形变偏移量补偿并辅助精密装配。该系统在大型工件数字化精密装配中具有重要作用。

摘要：针对透射式光学系统的光轴无法直接寻找的问题,提出基于光学节点特征的光轴标定方法。采用该方法研究节点与等效节点的性质,通过观测焦面像点的位移变化来确定节点的位置以标定光学系统的光轴,依据此方法设计双向互标双自准直平行光管的光轴标定装置,其中成像接收端的抽插式结构设计可以有效避免波前误差的影响,最终验证光轴标定方法的可行性。实验结果表明,该方法具有较高的光轴标定精度以及广泛的适应性,透镜光学系统的光轴标定精度为7.7″,为空间光学及国防等领域的透镜光学系统提供一种测试装调辅助手段。